REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LARECHERCHE SCIENTIFIQUE

Université Abou Bekr Belkaïd de Tlemcen

Faculté de Technologie

No attribué par la bibliothèque

MEMOIRE DE FIN D’ETUDE POUR L’OBTENTION DU DIPLOMEDE MASTER ACADEMIQUE

Spécialité : « Electrotechnique »Option : « Commande des machines électriques »

préparé au Département de Génie Electrique et Electronique (GEE)

et présenté par

BILAL HAMDAOUI et ISMAIL BOURDJI

Intitulé du mémoire

Étude d’un système de pompage photovoltaïque aufil soleil

sous la direction du Dr. Abdelkader MECHERNENE

soutenu publiquement le xx mai 2016 devant la commission d’examencomposée de :

A.KHEROUS Président Professeur U.A.B - TlemcenB.YACOUBI Encadreur Maitre Assistant U.A.B - TlemcenA.BOUMEDIENE Examinateur Professeur M.C.A - TlemcenM.CHAABANE Examinateur Maitre Assistant U.A.B - Tlemcen

Année universitaire 2015 - 2016

Dedicaces 1

Je dédie ce travail :

• à ma mére et mon pére pour tous les sacrifices qu’ils ont faits pour moi, pour leursoutien continu durant mon travail. Que Dieu vous protége.

• à mes fréres, que Dieu vous garde, je vous aime et je vous souhaite une vie pleinede succés et de réussite.

• à tout ma famille

• Et enfin à tout ce ceux qui m’ont aidé de prés ou de loin dans mon travail ainsiqu’à tout les membres de la promotion du Master Electrotechnique, option "Réseauélectrique et réseau électrique intelligent".

bilal hamdaouiTlemcen, le 13 juin 2016

Dedicaces 2

Je dédie ce travail :

• à ma mére et mon pére pour tous les sacrifices qu’ils ont faits pour moi, pourleur soutien continu durant mon travail. Que Dieu vous protége.

• à mes fréres, que Dieu vous garde, je vous aime et je vous souhaite une vie pleinede succés et de réussite.

• à tout ma famille

• Et enfin á tout ce ceux qui m’ont aidé de prés ou de loin dans mon travailainsi qu’á tout les membres de la promotion du Master Electrotechnique, option"Réseau électrique et réseau électrique intelligent".

ismail bourdjiTlemcen, le 13 juin 2016

Remerciements

Avant tout, nous remercions Dieu le Tout-puissant de nous avoir donner lecourage, la volonté, la patience et la santé durant toutes ces années d’études etque grâce à lui que ce travail a pu être réalisé.

Nous sommes honorés que Monsieur A.KHEROUS, Professeur à l’Univer-sité Abou Bekr Belkaïd, ait accepté de présider et d’honorer de sa présence lejury de soutenance du présent mémoire de Master. Qu’il trouve ici l’expressionde notre reconnaissance et de notre profond respect.

Nous tenons à exprimer nos plus sincéres remerciements à notre encadreur,monsieur B.YACOUBI, Maitre de Confërence à l’Université Abou Bekr Belkaïdde Tlemcen. Nous lui sommes reconnaissant pour la confiance dont il nous a faitpreuve, pour l’intérêt qu’il a porter à ce travail, malgré les charges qu’il assumentactuellement et pour ses précieux conseils qui nous ont permis une progressionconcréte dans ce projet.

Nous sommes honorés que Monsieur A.BOUMEDIENE et Monsieur CHAA-BANE, tout deux Professeur à l’Université Abou Bekr Belkaid de Tlemcend’avoir accepté dévaluer ce travail en qualité d’examinateurs.

Enfin, nous remercions monsieurs DRIS YOUNES et DOUKALI ZOHERde nous avoir aidée a accomplir notre travaille de perfectionnement.

BILAL HAMDAOUI et ISMAIL BOURDJITlemcen, le 13 juin 2016

Table des matières

Dedicaces 1 i

Dedicaces 2 ii

Remerciements iii

Introduction générale 1

I Généralité sur les paneaux photovoltaiques 3I.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3I.2 Description des éléments . . . . . . . . . . . . . . . . . 4I.3 Modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6I.4 l’effet des paramètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

I.4.1 influence de l’éclairement . . . . . . . . . . . . . . . . . 10I.4.2 Influence de la température . . . . . . . . . . . . . . . . 11I.4.3 Influence de la résistanceRS : . . . . . . . . . . . . . . . 12I.4.4 Association en Série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12I.4.5 Association en Parallèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13I.4.6 Association mixte (Série + Parallèle) des modules . . . . . 14

I.5 Avantages Et Inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . 15I.5.1 Avantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15I.5.2 Inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

I.6 Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16I.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

II les convertisseures statiques 17II.1 Adaptation entre un générateur photovoltaïque etla charge : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

II.2 Hacheur boost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18II.3 Avantage de convertisseur BOOST : . . . . . . . . . . 20II.4 Détermination des paramètres du hacheur BOOST : 20II.5 Commandes MPPT des convertisseurs DC-DC : . . . . 22II.6 La méthode Perturbe et Observe (P&O) : . . . . . . . 23II.7 Simulation de hacheur boost avec MPPT P&O : . . . 25II.8 Le convertisseurs DC-AC :(L’onduleur de tension) . 26

II.8.1 Modélisation de l’onduleur de tension : . . . . . . . . . . 26II.8.2 Stratégies de commande d’un onduleur triphasé : . . . . . 28

TABLE DES MATIÈRES v

II.8.3 Stratégie de commande MLI Sinusoïdale : . . . . . . . . . 28II.8.4 Simulation de la commande MLI Sinus – Triangle : . . . . 30

II.9 Conclusion : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

IIISystéme Motopompe 32III.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34III.2 principe de fonctionnement : . . . . . . . . . . . . . . . 34

III.2.1 Le glissement : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34III.3Modélisation de moteur asynchrone : . . . . . . . . . 34

III.3.1 Hypothèses simplificatrices : . . . . . . . . . . . . . . . . 34III.3.2 Modèle de moteur asynchrone triphasée : . . . . . . . . . 35

III.3.2-a Équations électriques : . . . . . . . . . . . . . 36III.3.2-b Équations magnétique : . . . . . . . . . . . . 36III.3.2-c Équations mécanique : . . . . . . . . . . . . . 37

III.3.3 Transformation de Park : . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38III.3.4 La transformation de CLARCK : . . . . . . . . . . . . . 39III.3.5 Modèle de PARK de la machine asynchrone : . . . . . . . 39III.3.6 Expression du couple électromagnétique : . . . . . . . . . 41III.3.7 Choix du référentiel : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

III.4Représentation d’état du modèle de la machine : . . 42III.4.1 Modèle de la machine asynchrone alimentée en tension re-

père (d,q) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42III.4.2 Modèle de la machine asynchrone alimentée en tension re-

père (α, β) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43III.5 Simulation de moteur asynchrone : . . . . . . . . . . . 44

III.5.1 Résultat de simulation de la machine Asynchrone à vide : . 44III.5.2 Résultats de la simulation du processus de démarrage à

vide du moteur asynchrone en charge : . . . . . . . . . . . . . 46III.5.3 Interprétation des courbes : . . . . . . . . . . . . . . . . 48

III.6POMPE PHOTOVOLTAIQUE : . . . . . . . . . . . . . . . 49III.6.1 Différentes types des pompes : . . . . . . . . . . . . . . . 49

III.6.1-a La pompe volumétrique : . . . . . . . . . . . 50III.6.1-b La pompe centrifuge : . . . . . . . . . . . . . 50

III.6.2 Constitution d’une pompe centrifuge : . . . . . . . . . . . 50III.6.3 Fonctionnement d’une pompe centrifuge : . . . . . . . . . 50

III.7MODELISATION DE LA POMPE CENTRIFUGE : . . 51III.7.1 Pertes de charges linéaires : . . . . . . . . . . . . . . . . 52III.7.2 Pertes de charges singulières (locale) : . . . . . . . . . . . 52

III.8 La caractéristique Q(H) de la pompe : . . . . . . . . . 52III.8.1 La caractéristique couple vitesse C(ω) de la pompe : . . . 53III.8.2 Calcul de puissance : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53III.8.3 Calcul du rendement : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54III.8.4 association de systéme de pompage : . . . . . . . . . . . . 54

III.9Dimensionnement de la pompe photovoltaïque : . . . 57III.9.1 Puissance hydraulique : . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

TABLE DES MATIÈRES vi

III.9.2 Puissance mécanique : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57III.9.3 Puissance électrique : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57III.9.4 Puissance électrique demandée : . . . . . . . . . . . . . . 57III.9.5 La puissance du générateur photovoltaïque . . . . . . . . 57III.9.6 Nombre de panneaux : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

III.10conclusion : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

IV Conclusion générale 59

Conclusion géénérale 59

Bibliographie 60Bibliographie60

Annexe A : Explication 1

Résumé 9

Table des figures

1 schéma de principe du système photovoltaïque . . . . . . . . . 2

I.1 présentation schématique d’une cellule solaire . . . . . . . . . 4I.2 groupement mixte (série+parallèle) d’un GPV photovoltaïque 5I.3 circuit équivalent à une diode d’une cellule photovoltaïque . . 6I.4 La simulation d’une cellule photovoltaïque . . . . . . . . . . 7I.5 la courbe de courant en fonction de tension d’un module pho-tovoltaïque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7I.6 la courbe de puissance en fonction de tension d’un modulephotovoltaïque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8I.7 Influence de l’ensoleillement sur la caractéristique (I,V) atempérature constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10I.8 Influence de l’éclairement sur la caractéristique (P,V) a tem-pérature constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10I.9 Influence de la température sur la caractéristique (I,V) a unensoleillement constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11I.10 Influence de la température sur la caractéristique (P,V) a unensoleillement constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11I.11 Influence de Résistance série sur la caractéristique (I, V) . . . 12I.12 Groupement des modules PV en série . . . . . . . . . . . . . . 12I.13 Influence de l’association Série des modules PV . . . . . . . . 13I.14 Groupement des modules en parallèle . . . . . . . . . . . . . . 13I.15 Influence de l’association Parallèle des modules PV . . . . . . 14I.16 Association mixte Ns * Np modules solaires . . . . . . . . . . 14I.17 Influence de l’association mixte (Série + Parallèle) des mo-dules PV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

II.1 Étage d’adaptation entre un GPV et une charge. . . . . . . . 18II.2 Le convertisseur boost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19II.3 Signaux typiques de convertisseur boost . . . . . . . . . . . . 19II.4 Ondulation du courant de l’inductance . . . . . . . . . . . . . 21II.5 Ondulation sur la tension de condensateur . . . . . . . . . . . 22II.6 :Schéma synoptique du système PV contrôlé par MPPT . . . 23II.7 Schéma de converge vers le PPM par P&O . . . . . . . . . . . 24II.8 Algorithme de MPPT a base de la méthode P&O . . . . . . . 24II.9 simulation d’hacheur avec MPPT et PV . . . . . . . . . . . . 25II.10 la tension de sortie Vs d’ hacheur avec MPPT . . . . . . . . . 26

TABLE DES FIGURES viii

II.11 Schéma d’un onduleur triphasé à deux niveaux et de sa charge. 27II.12 Principe de la commande MLI- ST. . . . . . . . . . . . . . . . 29II.13 Simulation de la commande MLI -ST pour r = 0.8 et m = 6. 30II.14 Simulation de la commande MLI -ST pour r = 0.8 et m = 18. 31

III.1 Représentation du moteur asynchrone dans l’espace électrique. 35III.2 Modèle généralisé biphasé de la MAS dans le repère (d.q) . . 41III.3 Résultats des courants de démarrage à vide du moteur asyn-chrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44III.4 Résultats des flux de démarrage à vide du moteur asynchrone 45III.5 Résultats de couple electromagnétique et le couple résistantde démarrage à vide du moteur asynchrone . . . . . . . . . . . . 45III.6 Résultats de vitesse de démarrage à vide du moteur asyn-chrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46III.7 Résultats des courants de démarrage à vide du moteur asyn-chrone en charge (Cr = 10N.m à t = 0.5sec) . . . . . . . . . . . . 47III.8 Résultats des flux de démarrage à vide du moteur asynchroneen charge (Cr = 10N.m à t = 0.5sec) . . . . . . . . . . . . . . . . 47III.9 Résultats de couple electromagnétique et le couple résistantde démarrage à vide du moteur asynchrone suivi de l’applicationd’une charge (Cr = 10N.m à t = 0.5sec) . . . . . . . . . . . . . . 48III.10Résultats de vitesse de démarrage à vide du moteur asyn-chrone suivi de l’application d’une charge (Cr = 10N.m à t =

0.5sec) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48III.11Constitution d’une pompe centrifuge . . . . . . . . . . . . . . 51III.12Courbe H(Q) de la pompe centrifuge et la caractéristique decanalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53III.13la simulation complé de pompage photovoltaique au fil soleil . 54III.14Hauteur manométrique HTM [m] . . . . . . . . . . . . . . . . 55

III.15le couple résistant CR(N

m) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

III.16débit d’eau Q(L

S) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

III.17le couple électromagnétique Cem(N

m) . . . . . . . . . . . . . . 56

III.18la vitesse ω(rad

s) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

1 Coordonnées angulaires de soleil . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Représentation de l’éclairement d’un capteur plan incliné . . . 33 :simulation d’onduleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 :simulation d’une moteur asynchrone . . . . . . . . . . . . . 55 simulation de pompage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 simulation d’un MPPT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 programme de P&O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 paramétre de PV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 paramétre de BOOST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

TABLE DES FIGURES ix

10 paramétre de MAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Introduction générale

Dans ce travail, nous sommes intéressés du pompage photovoltaïque utilisantune motopompe basé sur un moteur asynchrone MAS avec une adaptation entrela source et la charge. L’ensemble est alors constitué d’un GPV, un convertisseurà deux étages hacheur et un onduleur alimentant une motopompe.Le système photovoltaïque de pompage le plus courant, selon l’état de l’art ac-tuel, fonctionne au fil du soleil, ainsi le stockage s’effectue indirectement sousforme d’eau dans un réservoir. Cette solution est plus économique et très appré-ciée de point de vue environnemental en raison de l’élimination de la batterie etson circuit de charge.[34]Dans le but d’améliorer le rendement du générateur nous avons étudier le pro-blème d’extraction du Point de Puissance Maximale Maximum Power PointTrackerMPPT . Plusieurs critères d’optimisation sont évoqué dans la littératureparmi ces techniques nous avons utilisé l’algorithme de maximisation classiquedu type «perturb and observe P&O» .Le circuit de commande de la gâchette du hacheur est fournie par le signalMPPT P&O par ailleurs les commandes des gâchettes de l’onduleur sont assu-rée. le schéma de principe du système étudié est illustrés par la figure1 :

Figure 1 – schéma de principe du système photovoltaïque

cette problématique sera traitée a travers trois chapitres :le premier présentera la description et la modélisation par circuit équivalent duGPV

le second chapitre nous avons évoqué l’adaptation du GPV avec la charge, quiconsiste a intercalé deux étage de conversion DC/DC et DC/ACle troisième chapitre portera sur la modélisation du système de pompage com-posé d’un moteur asynchrone entrainant une pompe centrifuge.Des simulateur sous matlab simulink pour chaque module ainsi que pour le sys-tème globale donné par l’association du différent élément, les modèles réaliséseront présenté les résultat de simulation sont analysé.En annexe nous avons évoqué dans un premier lieu le rayonnement solaire et l’in-fluence de l’angle auraire de soleil sur l’éclaircissement, ensuite nous avons donnéles paramètre de panneau solaire, des convertisseurs statique et la motopompe.Enfin des schémas simulink seront présenté pour chaque élément.

Chapitre IGénéralité sur les paneaux photovoltaiques

SommaireI.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

I.2 Description des éléments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

I.3 Modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

I.4 l’effet des paramètres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

I.4.1 influence de l’éclairement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10I.4.2 Influence de la température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11I.4.3 Influence de la résistanceRS : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12I.4.4 Association en Série . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12I.4.5 Association en Parallèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13I.4.6 Association mixte (Série + Parallèle) des modules . . . . . . . . 14

I.5 Avantages Et Inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

I.5.1 Avantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15I.5.2 Inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

I.6 Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

I.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

I.1 Introduction

Le soleil est à l’origine de toutes formes d’énergie présentes sur terre (à l’ex-ception de l’énergie nucléaire),Le rayonnement solaire apporte à la terre de lachaleur et de la lumière.dans le cas de la chaleur ,l’énergie est captée par desmiroir avec des concentrateur, la source thermique fourni peut être utilisé au lechauffage ou la production de l’énergie électrique. L’architecture solaire passiveconsiste à construire des bâtiments en fonction des effets bénéfiques du soleil.Les systèmes actifs de captation de la chaleur solaire sont des capteurs non vitrés(de gros tubes noirs utilisés pour le chauffage des piscines) ou vitrés (caissonsoù la chaleur s’accumule avant d’être transportée par de l’air ou de l’eau), qu’onutilise pour l’eau chaude ou le chauffage des bâtiments. Les plus performants deces capteurs sont ceux qui fonctionnent sous vides : ils permettent d’atteindre dehautes températures et sont adaptés aux applications industrielles [1]. Dans lecas de la lumière l’énergie est captée par des panneaux photovoltaïques conver-tissant la lumière en source de courant continu. ces panneaux sont composé denombreuses cellules appelées photopiles, où les photons lumineux produisent del’électricité en percutant les atomes de silicium. Suivant l’affinement du silicium,le rendement varie de 5 à 16. Les cellules à meilleur rendement sont plus coû-

I.2. Description des éléments 4

teuses [2]. dans le cadre de notre travaille il s’agit d’un générateur photovoltaïquequi sera d’écrit et étudier si dissous.

I.2 Description des éléments

la cellule photovoltaïque est assimilable à une diode photosensible, son fonc-tionnement est basé sur les propriétés des matériaux semi conducteurs, elle per-met la conversion directe de l’énergie lumineuse en énergie électrique. Son prin-cipe de fonctionnement repose sur l’effet photovoltaïque, elle est constituée dedeux couches minces de semi conducteur figure I.1, dopées différemment : Pourla couche (N), c’est un apport d’électrons périphériques et pour la couche (P)c’est un déficit d’électrons. Les deux couches présentent ainsi une différence depotentiel, L’énergie des photons lumineux captés par la couche N permet alorsde franchir la barrière de potentiel et d’engendrer un courant électrique continu.Pour effectuer la collecte de ce courant, des électrodes sont déposées par séri-graphie sur les deux couches. enfin un écran anti reflet sur la couche N afind’accroître la quantité de lumière absorbée [3].

Figure I.1 – présentation schématique d’une cellule solaire

— m :métal— g :abri de verre— hv :photon d’énergie— Les connections en série de plusieurs cellules formé un module, un générateurest constitué des modules en série ou parallèle ou mixte figure I.2.la structuredépend la puissance demandé à la sortie de générateur.

I.2. Description des éléments 5

Figure I.2 – groupement mixte (série+parallèle) d’un GPV photovoltaïque

le fabriquant fournir généralement une fiche technique dans les caractéris-tique sont donnée les condition de température d’éclairement standard (STC)standardtestcondition ((T=25C et G=1000 W/m2) en plein soleil. celle cisont :[4]

- La caractéristique I = f(V ) : la figure I.5représentant le courant I débité enfonction de la tension au borne.

- La puissance de crête, Pc : Puissance électrique maximum fournir

- Tension à videVc0 : Tension aux bornes du module en l’absence de tout courant,pour un éclairement.

- Courant de court-circuitIcc : Courant débité par un module en court-circuitpour un éclairement.

- Point de fonctionnement optimal, Uopt, Im : Lorsque la puissance de crête estmaximum.

Popt = Uopt ∗ Iopt (I.1)

- Rendement : Rapport de la puissance électrique optimale à la puissance deradiation incidente.

- Facteur de forme : Rapport entre la puissance optimale Pm et la puissancemaximale que peut avoir la cellule :(Vc0)*(Icc).

I.3. Modélisation 6

I.3 Modélisation

Le générateur photovoltaïque est un ensemble des modules connectés sé-rie/parallèle afin d’obtenir une puissance et une tension désirées. L’élément debase est la cellule solaire (rappelons que le modèle en une seule exponentielleest non linéaire et implicite), donc une solution itérative sera déterminée par laméthode de Newton-Raphson, ainsi la connaissance des donnés fournies par leconstructeur sont nécessaire.[5],[6]. Le circuit est composé d’une courante photodiode, une résistance série (Rs) plus faible, une diode et résistance shunt (Rsh)

Figure I.3 – circuit équivalent à une diode d’une cellule photovoltaïque

- la simulation d’une cellule photovoltaïque :

I.3. Modélisation 7

Figure I.4 – La simulation d’une cellule photovoltaïque

- Les caractéristiques d’un module photovoltaïque sont données par les courbessuivantes :

Figure I.5 – la courbe de courant en fonction de tension d’un module photovoltaïque

.

I.3. Modélisation 8

Figure I.6 – la courbe de puissance en fonction de tension d’un module photovoltaïque

- La relation entre la tension V et le courant I est donnée par : Appliquons lapremière loi de Kirchhoff

I = Iph − ID (I.2)

Avec Iph, ID,I , le courant photonique, le courant de la diode et le courantde fonctionnement, qui dépendent du rayonnement solaire et de la températuredes cellules.

ID = I0

eqV +RSI

AKT − 1

(I.3)

I = Iph − I0

eqV +RSI

AKT − 1

− Ish (I.4)

la résistance Rsh est généralement très élevé par conséquent le courant Ish estnégligeable ce ci conduit à :

I = Iph − I0

eqV +RSI

AKT − 1

(I.5)

avec :- q : charge de l’électron e = 1.602 ∗ 10−19 Coulomb.- T : température de la cellule en Kelvin(k).- RS : résistance série de la cellule (Ω).- RSh : la résistance shunt(Ω).- K : constante de Boltzmann K = 1.381 ∗ 10−23(J/k).- A : facteur de qualité de la diode (ou l’idéalité).- La valeur de Isc .est connue dans les conditions d’essai standardG0 =

1Kw

m2

Tref = 25oC.- n : Nombre de cellules connectées en série.

I.3. Modélisation 9

- Iph : courant photonique de la diode dépendant de rayonnement solaireincident G et la température qui est donnée par la relation suivante :

Iph = Iph(T1) (1 +K0(T − T1)) (I.6)

la température de la cellule varie en fonction de l’éclairement et la températureambiante selon la relation linéaire :

T = Ta +T1 − 20

800G (I.7)

Ta étant la température ambiante

Iph(T1) = (G/G1)Isc(T1) (I.8)

K0 =Isc(T2) − Isc(T1)

T2 − T1(I.9)

I0 : courant de saturation de la diode (A), donné par la relation suivante :

I0 = I0(T1)

(T

T1

)3

e−qVgAK

(1

T−

1

T1

)(I.10)

I0(T1) =Icc(T1)

e

qV0c(T1)

AKT1 − 1

(I.11)

Voc est la tension du circuit ouvert de la cellule et Vg et la tension de seuil de ladiode (1.12 eV). La résistance série se calcule de la façon suivante :

I = Iph − I0

eqV +RSI

AKT − 1

(I.12)

La dérivée de cette équation par rapport au courant donne :

1 = 0− qI0

AKT

(dV

dI+RS

)eqV +RSI

AKT (I.13)

RS = −dVdI− AKT

qI0eqV +RSI

AKT

(I.14)

Rs = −dVdI

∣∣∣∣∣∣∣∣I=0 −AKT

qI0e

qVocAKT

(I.15)

I.4. l’effet des paramètres 10

I.4 l’effet des paramètres

I.4.1 influence de l’éclairement

L’augmentation d’ensoleillement (flux lumineux) se traduit par un déplace-ment de la caractéristique I= f (V) suivant l’axe des courants. L’accroissementdu courant de court-circuit est beaucoup plus important que celui de la tension àcircuit ouvert étant donné que le courant de court-circuit est une fonction linéairede l’éclairement, alors que celle de la tension à circuit ouvert est logarithmiquefigure I.7 [6] .

Figure I.7 – Influence de l’ensoleillement sur la caractéristique (I,V) a températureconstante

- La figureI.8 illustre la variation de la puissance délivrée par le générateur enfonction de la tension pour différentes valeurs d’éclairement, ce qui nous permetde déduire l’influence de l’éclairement sur la caractéristique P(V) .

Figure I.8 – Influence de l’éclairement sur la caractéristique (P,V) a température constante

I.4. l’effet des paramètres 11

I.4.2 Influence de la température

Si la température de la cellule augmente, le photo-courant(Iph) augmente.cette influence est représentée par figure suivant :

Figure I.9 – Influence de la température sur la caractéristique (I,V) a un ensoleillementconstante

- si la température augmente, le courant de court circuit augmente légèrement,par contre la tension à circuit ouvert diminué. ainsi la puissance diminué avecl’augmentation de la température figure I.9, figure I.10

Figure I.10 – Influence de la température sur la caractéristique (P,V) a un ensoleillementconstante

I.4. l’effet des paramètres 12

I.4.3 Influence de la résistanceRS :

- La résistance série caractérise les pertes par effets Joule de la résistancepropre du semi-conducteur et les pertes à travers les grilles de collectes et lesmauvais contactes ohmiques de la cellule.

- Les contacts semi-conducteur – électrodes à résistance élevée abaissant for-tement la tension et le courant de sortie ce qui va limiter le rendement de conver-sion.

Figure I.11 – Influence de Résistance série sur la caractéristique (I, V)

I.4.4 Association en Série

Les connexions en série de plusieurs modules augmentent la tension pour unmême courant figure par conséquent la puissance suit les même variations I.13

Figure I.12 – Groupement des modules PV en série

I.4. l’effet des paramètres 13

Figure I.13 – Influence de l’association Série des modules PV

I.4.5 Association en Parallèle

Tandis que les connexions en parallèle de plusieurs modules augmentent lecourant pour la même tension, et donc la puissance augmente avec l’augmenta-tion des éléments en parallèle figureI.15

Figure I.14 – Groupement des modules en parallèle

I.4. l’effet des paramètres 14

Figure I.15 – Influence de l’association Parallèle des modules PV

I.4.6 Association mixte (Série + Parallèle) des modules

Pour avoir une satisfaction en courant et en tension, on est obligé d’utiliserun groupement mixte, c’est à dire Série-Parallèle [5].

Figure I.16 – Association mixte Ns * Np modules solaires

Figure I.17 – Influence de l’association mixte (Série + Parallèle) des modules PV

I.5. Avantages Et Inconvénients 15

Le groupement de Ns module en série dans une branche, et Np branchesen parallèle. SiPm est la puissance crête disponible sur un module, la puissancedisponible aux bornes de ces panneaux photovoltaïques sera :

P = NS ∗NP ∗ Pm (I.16)

- Cette puissance pourra être obtenue sous les conditions de référence (1 kW/m et 25oC) sur la charge optimale du groupement Roptg telle que :

Roptg = NSNP∗Ropt (I.17)

Ou Ropt est la charge optimale du module de base dans les mêmes conditions.Dans la pratique, les modules photovoltaïques d’un panneau ne sont jamaisidentiques d’un part, et d’autre part des déséquilibres peuvent survenir, généréspar certaines cellules [6].

- la plupart des panneaux commercialisé sont des modules connecte en série,etd’autre part le module est composé des cellules en série.

I.5 Avantages Et Inconvénients

Tout système de production d’énergie photovoltaïque à ses avantages et sesinconvénients.

I.5.1 Avantages

- D’abord, une haute fiabilité. L’installation ne comporte pas de pièces mo-biles qui la rendent particulièrement appropriée aux régions isolées. C’est laraison de son utilisation sur les engins spatiaux.

- Ensuite, le caractère modulaire des panneaux photovoltaïque permet unmontage simple et adaptable à des besoins énergétiques divers. Les systèmespeuvent être dimensionnés pour des applications de puissances allant du milliwatt au mégawatt.

- le cout de fonctionnement est très faible vu les entretiens réduits et il nenécessite ni combustible, ni son transport, ni personnel hautement spécialisé.

- La technologie photovoltaïque présente des qualités sur le plan écologiquecar le produit fini est non polluant, silencieux et n’entraine aucune perturbationdu milieu, si ce n’est pas l’occupation de l’espace pour les installations de grandesdimensions.

I.5.2 Inconvénients

- La fabrication du module photovoltaïque relève de la haute technologie etrequiert des investissements d’un cout élevé.

- le rendement réel de conversion d’un module est faible, Les générateurs pho-tovoltaïques ne sont compétitifs par rapport au générateur diesel que pour lesfaibles demandes d’énergie en régions isolées. Le faible rendement des panneauxphotovoltaïque s’explique par le fonctionnement même des cellules pour arriver

I.6. Protection 16

a déplaces un électron, il faut que l’énergie du rayonnement soit au mois égale à1ev. Tous les rayons incidents ayant une énergie plus faible ne seront donc pastransformés en électricité.de même, les rayons lumineux dont l’énergie est supé-rieure a 1ev perdront cette énergie, le reste sera dissipé sous forme de chaleur,parailleur le rendement est Tributaire des conditions météorologiques.

- Lorsque le stockage de l’énergie électrique sous forme chimique (batterie)est nécessaire, le cout du générateur augmente .

I.6 Protection

Lorsque nous concevons une installation photovoltaïque, nous devons assu-rer la protection électrique de cette installation afin d’augmenter sa durée de vieen évitant notamment des pannes destructrices liées à l’association des cellules etde leurs fonctionnement. Pour cela, deux types de protection sont classiquementutilisés dans les installations actuelles :

- la protection en cas de connexions en parallèle de modules PV pour éviterles courants négatifs dans les GPV (diode anti-retour).

- La protection lors de la mise en série de modules PV permettant de ne pasperdre la totalité de la chaîne (diode by-pass).

I.7 Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présenté la modélisation d’une cellule photovol-taïque et d’une centrale photovoltaïque, les caractéristiques du générateur PVavec ses performances. Ainsi, l’influence de quelques paramètres sur ses caracté-ristiques.Pour le fonctionnement optimal d’un système photovoltaïque, il est nécessaired’utiliser un étage d’adaptation entre le générateur PV et la charge ou un autresystème que nous allons l’étudier dans le chapitre suivant .

Chapitre IIles convertisseures statiques

SommaireII.1 Adaptation entre un générateur photovoltaïque et la

charge : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

II.2 Hacheur boost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

II.3 Avantage de convertisseur BOOST : . . . . . . . . . . . . . . 20

II.4 Détermination des paramètres du hacheur BOOST : . . 20

II.5 Commandes MPPT des convertisseurs DC-DC : . . . . . . 22

II.6 La méthode Perturbe et Observe (P&O) : . . . . . . . . . . 23

II.7 Simulation de hacheur boost avec MPPT P&O : . . . . . 25

II.8 Le convertisseurs DC-AC :(L’onduleur de tension) . . . 26

II.8.1 Modélisation de l’onduleur de tension : . . . . . . . . . . . . . . 26II.8.2 Stratégies de commande d’un onduleur triphasé : . . . . . . . . 28II.8.3 Stratégie de commande MLI Sinusoïdale : . . . . . . . . . . . . 28II.8.4 Simulation de la commande MLI Sinus – Triangle : . . . . . . . 30

II.9 Conclusion : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

II.1. Adaptation entre un générateur photovoltaïque et la charge : 18

II.1 Adaptation entre un générateur photovoltaïqueet la charge :

La conception d’un étage d’adaptation permet aujourd’hui de relier aisémentun générateur photovoltaïque GPV à une charge de type continue(DC), avec unrendement de conversion très élevé. En fait, le concept de cet étage correspond àla modélisation des fonctions basiques idéalisées d’un convertisseur à découpagecontinu-continu (DC/DC) [1]. Afin extraire, à chaque instant, le maximum depuissance disponible aux bornes du GPV et de la transférer à la charge, un étaged’adaptation est utilisé. Cet étage joue le rôle d’interface entre les deux éléments.Il assure, à travers une action de contrôle, le transfert du maximum de puissancefournie par le générateur. L’adaptateur communément utilisé en photovoltaïqueest un convertisseur statique(Convertisseur de puissance DC/DC). La structurede conversion est choisie en fonction de la charge à alimenter. Elle peut êtresurvoltrice ou dévoltrice. [7]

Figure II.1 – Étage d’adaptation entre un GPV et une charge.

II.2 Hacheur boost

— présentation :— Le convertisseur boost est connu par le nom d’élévateur de tension peut êtrereprésenté par le circuit de la figureII.1. C’est un convertisseur direct DC–DC. Lasource d’entrée est de type courant continu (inductance en série avec une sourcede tension) et la charge de sortie est de type tension continue (condensateur enparallèle avec la charge résistive). L’interrupteur K1 peut être remplacé par untransistor puisque le courant est toujours positif et que les commutations doiventêtre commandées (au blocage et à l’amorçage).

II.2. Hacheur boost 19

Figure II.2 – Le convertisseur boost

— La régulation de la tension de sortie à un niveau constant est réalisée parune action sur le "rapport cyclique", défini comme la fraction de la période dedécoupage où l’interrupteur est passant figureII.3. L’interrupteur est un dispo-sitif semi-conducteur en mode tout-rien (bloqué – saturé), habituellement untransistor MOSFET. Si le dispositif semi-conducteur est bloqué, son courantest zéro et par conséquent sa dissipation de puissance est nulle. Si le dispositifest dans l’état saturé la chute de tension à ses bornes sera presque zéro et parconséquent la puissance perdue sera très petite.

Figure II.3 – Signaux typiques de convertisseur boost

— Fonctionnement : L’interrupteur K1 est fermé pendant la fraction αT dela période de découpage T. La source d’entrée fournit l’énergie à la charge Rau travers de l’inductance L. Lors du blocage du transistor, la diode K2 assurela continuité du courant dans l’inductance. L’énergie emmagasinée dans cette

II.3. Avantage de convertisseur BOOST : 20

inductance est alors déchargée dans le condensateur et la résistance de la charge.Les formes d’ondes en conduction continue sont représentées à la figureII.3. Enrégime permanent, la valeur moyenne de la tension aux bornes de l’inductanceest nulle, ce qui impose la relation suivante :

Ve = (1− α) ∗ Vs (II.1)

Vs =Ve

1− α(II.2)

II.3 Avantage de convertisseur BOOST :

Malgré le rendement élevé du convertisseur buck dans les systèmes avec dessources de puissance conventionnelles, le convertisseur boost peut être plus ap-proprié aux systèmes photovoltaïques avec le suiveur du point de puissance maxi-male (MPPT) puisque le convertisseur fonctionne au mode de courant continuextrayant autant de puissance que possible à partir des cellules solaires. Parconséquent le rendement énergétique du convertisseur boost peut être plus grandque le convertisseur buck. Le convertisseur boost est généralement employé pourobtenir une tension plus élevée de sortie, tandis que le convertisseur buck estemployé pour abaisser la tension de sortie [8].

II.4 Détermination des paramètres du hacheur BOOST :

Les calculs des paramètres du hacheur BOOST se fait à l’aide des formulesci-dessous : Avec : Vpv = VeetVs = Vc— Le rapport cyclique α :

Vc =Vpv

(1− α)=⇒ α = 1− Vpv

Vc(II.3)

Résistance R :

Pc =V 2c

R=⇒ V 2

c

Pc(II.4)

L’inductance L :Sachant que le courant aux bornes de l’inductance est représenté par la

figureII.4 : Nous aurons ainsi :

∆iL =1

2(iL((αTs)− iL(0)) (II.5)

Ainsi l’inductance (L) peut être calculée comme suit :

VL = LdiLdt

=⇒ Vpv = LdiLdt

(II.6)

En utilisant(VL(t)= Vpv) dans le premier sous-intervalle. Le courant (iL) àla (n) de la première période est donné par :

IL(αTs) = iL(0) +VpvL

(αTs) (II.7)

II.4. Détermination des paramètres du hacheur BOOST : 21

Figure II.4 – Ondulation du courant de l’inductance

Si on remplace ce dernier dans la première équation on obtient :

∆iL =1

2VpvL (αTs) (II.8)

Et on en déduit la formule utilisée pour calculer la valeur de L’inductance LAvec :

Fs =1

Ts(II.9)

L =Vpv

2∆ilFsα (II.10)

Capacité C : Sachant que la tension aux bornes du condensateur estreprésentée par la FigureII.5 :

Nous aurons ainsi :iC = C

VCdt

(II.11)

En calculant : ∫ ∆VC−∆VC

VC =1

C

∫ αTs0 iCdt (II.12)

Nous obtenons :2∆vC =

1

C

VsRαTs (II.13)

II.5. Commandes MPPT des convertisseurs DC-DC : 22

Figure II.5 – Ondulation sur la tension de condensateur

II.5 Commandes MPPT des convertisseurs DC-DC :

Nous pouvons classifier d’une manière générale les commandes du MPPTselon le type d’implémentation électronique : analogique, numérique ou mixte. ilest cependant plus intéressant de les classifier selon le type de recherche qu’elleseffectuent et selon les paramètres d’entrée de la commande du MPPT. Bienqu’il existe un grand nombre de publications scientifiques qui présentent descommandes du MPPT plus ou moins complexes [9], [10]. La Figure suivantmontre le diagramme synoptique d’un système photovoltaïque, avec un moduleMPPT qui a pour entrées la tension et le courant de sortie du module [11].

Dans la plupart des cas, on fait une maximisation de la puissance fourniepar le module solaire.

II.6. La méthode Perturbe et Observe (P&O) : 23

Figure II.6 – :Schéma synoptique du système PV contrôlé par MPPT

II.6 La méthode Perturbe et Observe (P&O) :

Le principe des commandes MPPT de type (P&O) consiste à perturberla tension VPV d’une faible amplitude autour de sa valeur initiale et d’analyserle comportement de la variation de puissance PPV qui en résulte Ainsi, commel’illustre la figureII.7, on peut déduire que si une incrémentation positive de latension VPV engendre un accroissement de la puissance PPV , cela signifie que lepoint de fonctionnement se trouve à gauche du PPM. Si au contraire, la puis-sance décroît, cela implique que le système a dépassé le PPM. Un raisonnementsimilaire peut être effectué lorsque la tension décroît. A partir de ces diversesanalyses sur les conséquences d’une variation de tension sur la caractéristiquePPV et VPV , il est alors facile de situer le point de fonctionnement par rapportau PPM, et de faire converger ce dernier vers le maximum de puissance à traversun ordre de commande. La figureII.8 représente l’algorithme classique associé àune commande MPPT de type P&O, où l’évolution de la puissance est analyséeaprès chaque perturbation de tension. Pour ce type de commande, deux capteurs(courant et tension du GPV ) sont nécessaires pour déterminer la puissance duPV à chaque instant [12].

Telle que :PPVn : La nouvelle puissancePPV(n−1) : L’enceint puissance dans le temps (t− 1)

∆V = VPVn − VPV(n−1) (II.14)

II.6. La méthode Perturbe et Observe (P&O) : 24

Figure II.7 – Schéma de converge vers le PPM par P&O

Figure II.8 – Algorithme de MPPT a base de la méthode P&O

∆P = PPVn − PPV(n−1) (II.15)

II.7. Simulation de hacheur boost avec MPPT P&O : 25

La méthode P&O est aujourd’hui largement utilisée de part sa facilité d’im-plémentation, cependant elle présente quelques problèmes liés aux oscillationsautour du PPM qu’elle engendre en régime établi car la procédure de recherchedu PPM doit être répétée périodiquement, obligeant le système à osciller en per-manence autour du PPM, une fois ce dernier atteint. Ces oscillations peuventêtre minimisées en réduisant la valeur de la variable de perturbation. Cependant,une faible valeur d’incrément ralenti la recherche du PPM, il faut donc trouverun compromis entre la précision et la rapidité. Ce qui rend cette commandedifficile à optimiser [12].

II.7 Simulation de hacheur boost avec MPPT P&O :

La figureII.9 représenté la simulation d’un hacheur avec MPPT et PV :

Figure II.9 – simulation d’hacheur avec MPPT et PV

II.8. Le convertisseurs DC-AC :(L’onduleur de tension) 26

Les résultats de simulation du convertisseur survolteur représentent par lafigureII.10 . La figure représenté la tension de sortie Vs avec MPPT et les on-dulations d’hacheur survolteur . Ces résultats montrent que la tension de sortied’hacheur survolteur est supérieur à celle d’entrée. Donc l’hacheur survolteureffuctue correctement son rôle.

Figure II.10 – la tension de sortie Vs d’ hacheur avec MPPT

II.8 Le convertisseurs DC-AC :(L’onduleur de ten-sion)

L’onduleur à deux niveaux de tension transforme le courant continu issu despanneaux en courant alternatif monophasé ou triphasé permettant de faire fonc-tionner la pompe. Cette transformation s’effectue avec un rendement excellent,supérieur à 95%.

II.8.1 Modélisation de l’onduleur de tension :

Le schéma du principe de l’onduleur triphasé à deux niveaux de tensionmonté en pont alimentant une charge, est donné par la figureII.11. Possédantsix cellules de commutation et six diodes de roue libre. Chaque bras de l’onduleurcomporte deux cellules de commutations constituées chacune, de l’interrupteuravec sa diode, la sortie correspond au point milieu du bras. Les signaux de com-mande des interrupteurs de chaque bras doivent être complémentaires afin de nepas court-circuiter l’alimentation continue de l’onduleur. Pour se prémunir d’uncourt-circuit intempestif, il est nécessaire d’introduire un temps d’attente à la fer-meture de l’interrupteur, usuellement appelé temps mort. Les semi- conducteursles plus couramment utilisés pour réaliser les interrupteurs sont les transistors depuissance (MOSFET, IGBT, Bipolaires) et les thyristors rapides (principalementles GTO) [14] [15] [16] [33].

Pour un onduleur triphasé, les commandes des interrupteurs d’un bras sontcomplémentaires. Donc pour chaque bras il y a deux états indépendants. Cesdeux états peuvent être considérés comme une grandeur booléenne.

- Sabc = 1 :Interrupteur du demi- bras haut (a, b ou c) fermé.

II.8. Le convertisseurs DC-AC :(L’onduleur de tension) 27

Figure II.11 – Schéma d’un onduleur triphasé à deux niveaux et de sa charge.

- Sabc = 0 : Interrupteur du demi-bras bas (a, b ou c) fermé.Pour simplifier l’étude, on supposera que :

- La commutation des interrupteurs est instantanée.- La chute de tension aux bornes des interrupteurs est négligeable.- La charge triphasée ; est équilibrée en étoile avec neutre isolé. [17]On à donc : Iki = 0 ;Vki‡0 : Interrupteur ouvert.Iki‡0 ; Vki = 0 : Interrupteur ouvert.Pour les tensions simples on a :

Van = SaU0 −U0

2

Vbn = SbU0 −U0

2

Vcn = ScU0 −U0

2

(II.16)

Pour les tensions composées : UAB,UBC et UCAon a :VAB = UAO − UBOVBC = UBO − UCOVCA = UCO − UAO

(II.17)

UAO ;UBO et UCO Peuvent être considérées comme des tensions d’entrée del’onduleur (tension continu).

Soit ”N” l’indice du point neutre du côté alternatif On a :UAO = UAN + UNOUBO = UBN + UNOUCO = UCN + UNO

(II.18)

UAN ,UBN ,UCNSont les tensions simples de moteur et UNO estla tension fictive entre le neutre de la charge et le point fictif d’indice ”O”.Sachant que la charge est équilibrée et le neutre isolé alors :

UAN + UBN + UCN = 0 (II.19)

II.8. Le convertisseurs DC-AC :(L’onduleur de tension) 28

La substitution II.18 dans II.17 aboutit à :UNO=

1

3(UAO + UBO + UCO)

En remplaçant II.19 dans II.17, on obtient :UAN =

3

2UAO −

1

3UBO −

1

3UCO

UBN = −1

3UAO +

2

3UBO −

1

3UCO

UCN = −1

3UAO −

1

3UBO +

2

3UCO

(II.20)

En utilisant les variables booléennes de l’état des interrupteurs on a :UAN =

U0

3(2Sa − Sb − Sc)

UBN =U0

3(−Sa + 2Sb − Sc)

UCN =U0

3(−Sa − Sb + 2Sc)

(II.21)

Ou bien sous forme matricielle comme suit : UANUBNUCN

=U0

3

2 −1 −1

−1 2 −1

−1 −1 2

USAUSBUSC

(II.22)

II.8.2 Stratégies de commande d’un onduleur triphasé :

En électronique de puissance, les onduleurs de puissance deviennent de plusen plus incontournables. Ils sont présents dans les domaines d’application lesplus variés dont le plus connu est sans doute celui de la variation de vitessedes machines à courant alternatif. Leur forte évolution est appuyée, d’une part,sur le développement de composants à semi-conducteurs (puissants, robustes etrapides. . . etc), et autre part, sur l’utilisation quasi-généralisée des techniquesdites de modulation de largeur d’impulsion. Il existe différentes stratégies decommande de modulation. Elles peuvent être classées comme suites :

- Commande en pleine onde.- Modulation de largeur d’impulsion (MLI) ou PWM :- PWM Sinusoïdale.- PWM vectorielle ou SV PWM . Dans ce chapitre, on s’intéresse à l’étude,

la modélisation et la commande de l’onduleur de tension triphasé à deux niveauxen utilisant la stratégie de la Modulation de Largeur d’impulsion (MLI) [14] [18][13] [15].

II.8.3 Stratégie de commande MLI Sinusoïdale :

La technique de Modulation de Largeur d’impulsion (MLI ou PWM : PulseWidth Modulation) ou de modulation d’impulsions en Durée (MID), proposépour la première fois en 1981, par N. Akira.[14] Le principe général consiste àconvertir une modulante (tension de référence au niveau commande), générale-ment sinusoïdale, en une tension sous forme de créneaux successifs, générée à la

II.8. Le convertisseurs DC-AC :(L’onduleur de tension) 29

sortie de l’onduleur (niveau puissance). Cette technique repose sur la comparai-son entre deux signaux :

- Le premier, appelé signal de référence, représente l’image de la sinusoïdequ’on désire à la sortie de l’onduleur. Ce signal est modulable en amplitudeet en fréquence.

- Le second, appelé signal de la porteuse, définit la cadence de la commutationdes interrupteurs statiques de l’onduleur. C’est un signal de haute fréquencepar rapport au signal de référence.

- L’intersection de ces signaux donne les instants de commutation des inter-rupteurs. [19] La commande MLI est caractérisée par les deux paramètressuivants :

- L’indice de modulation (m) égal au rapport de la fréquence de modulation

sur la fréquence de référence(m =fpf

).

- Le coefficient de réglage en tension (r) égal au rapport de l’amplitude de la

tension de référence à la valeur crête de l’onde de modulation(r =VmVpm

). [15]

Figure II.12 – Principe de la commande MLI- ST.

II.8. Le convertisseurs DC-AC :(L’onduleur de tension) 30

II.8.4 Simulation de la commande MLI Sinus – Triangle :

Figure II.13 – Simulation de la commande MLI -ST pour r = 0.8 et m = 6.

II.9. Conclusion : 31

Figure II.14 – Simulation de la commande MLI -ST pour r = 0.8 et m = 18.

II.9 Conclusion :

On a étudié l’adaptation par le convertisseur DC-DC survolteur et on trouveles relations relient les grandeurs du convertisseur statiques et le rapport cycliquedu signal qui commande l’interrupteur du convertisseur. Puis, on a représentéla structure de la commande MPPT numérique « perturbation et observation ».Cette commande MPPT numérique utilise directement la tension et le courantdu panneau photovoltaïque pour chercher le point de fonctionnement correspon-dant à la puissance maximale. . Après le convertisseur DC-DC On a étudié leconvertisseur DC-AC (onduleur triphasé a deux niveau) avec la commande MLIsinus triangulaire .

Chapitre IIISystéme Motopompe

wAbstract chapitre 3

SommaireIII.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34III.2 principe de fonctionnement : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

III.2.1 Le glissement : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34III.3Modélisation de moteur asynchrone : . . . . . . . . . . . . . 34

III.3.1 Hypothèses simplificatrices : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34III.3.2 Modèle de moteur asynchrone triphasée : . . . . . . . . . . . . . 35III.3.3 Transformation de Park : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38III.3.4 La transformation de CLARCK : . . . . . . . . . . . . . . . . . 39III.3.5 Modèle de PARK de la machine asynchrone : . . . . . . . . . . 39III.3.6 Expression du couple électromagnétique : . . . . . . . . . . . . 41III.3.7 Choix du référentiel : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

III.4Représentation d’état du modèle de la machine : . . . . . 42III.4.1 Modèle de la machine asynchrone alimentée en tension repère

(d,q) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42III.4.2 Modèle de la machine asynchrone alimentée en tension repère

(α, β) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43III.5 Simulation de moteur asynchrone : . . . . . . . . . . . . . . . 44

III.5.1 Résultat de simulation de la machine Asynchrone à vide : . . . 44III.5.2 Résultats de la simulation du processus de démarrage à vide du

moteur asynchrone en charge : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46III.5.3 Interprétation des courbes : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

III.6POMPE PHOTOVOLTAIQUE : . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49III.6.1 Différentes types des pompes : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49III.6.2 Constitution d’une pompe centrifuge : . . . . . . . . . . . . . . 50III.6.3 Fonctionnement d’une pompe centrifuge : . . . . . . . . . . . . 50

III.7MODELISATION DE LA POMPE CENTRIFUGE : . . . . . 51III.7.1 Pertes de charges linéaires : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52III.7.2 Pertes de charges singulières (locale) : . . . . . . . . . . . . . . 52

III.8 La caractéristique Q(H) de la pompe : . . . . . . . . . . . . 52III.8.1 La caractéristique couple vitesse C(ω) de la pompe : . . . . . . 53III.8.2 Calcul de puissance : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53III.8.3 Calcul du rendement : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54III.8.4 association de systéme de pompage : . . . . . . . . . . . . . . . 54

III.9Dimensionnement de la pompe photovoltaïque : . . . . . . 57III.9.1 Puissance hydraulique : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

33

III.9.2 Puissance mécanique : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57III.9.3 Puissance électrique : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57III.9.4 Puissance électrique demandée : . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57III.9.5 La puissance du générateur photovoltaïque . . . . . . . . . . . 57III.9.6 Nombre de panneaux : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

III.10conclusion : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

III.1. Introduction 34

III.1 Introduction

La machine asynchrone est le moteur employé dans plus de 80% desapplications, notamment dans le transport (métro, trains, propulsion desnavires), dans l’industrie (machines-outils), et dans les applicationsdomestiques. Le choix de son utilisation est dû à son principal avantage quiréside dans l’absence de contacts électriques glissants, ce qui conduit à unestructure simple et robuste facile à construire. Elle est utilisée dans une gammede puissance d’applications de quelques Watts à plusieurs MW. Pour pouvoirévaluer les performances des onduleurs multi-niveaux, il est nécessaire deconnaître dans un premier temps le comportement de moteur asynchrone,utilisant une source d’alimentation triphasée sinusoïdale parfaite.[20] Dans cechapitre, nous présentons le principe de modélisation et simulation d’unmoteur asynchrone.

III.2 principe de fonctionnement :

Les trois enroulements statoriques alimentés par un réseau triphasééquilibré créent dans l’entrefer un champ magnétique tournant à la fréquencede rotation de synchronisme ns. Les conducteurs du rotor sont soumis à cechamp tournant. Ils sont alors traversés par des courants de Foucault induitsd’après la loi de Lenz ("les courants induits s’opposent par leurs effets à lacause qui leur donnent naissance"). Les enroulements du rotor étant encourt-circuit, la circulation des courants est alors possible. Les forces deLaplace qui en résultent exercent des moments sur le rotor. Le rotor tournealors à la fréquence de rotation n. De pardon principe, la fréquence de rotationdu rotor est inférieure à la fréquence de synchronisme fs : f <fs · [20]

III.2.1 Le glissement :

On définit le glissement par l’expression :

g= Ωs−ΩΩs

(III.1)

On l’exprime en %, ordre de grandeur 3 à 5 % (pour le nominal)Le moteur asynchrone est donc caractérisé par :

- la présence d’un seul bobinage polyphasé alimenté par une source extérieureau stator.

- la présence d’un «bobinage» au rotor, les trois bobinages sont en courtecircuit.

III.3 Modélisation de moteur asynchrone :

III.3.1 Hypothèses simplificatrices :

La technique que nous envisageons repose sur une présentation du moteur,nous avons posé des hypothèses simplificatrices :

III.3. Modélisation de moteur asynchrone : 35

- Entrefer constant, l’effet des encoches est négligeable.- Distribution spatiale et des forces magnétomotrices d’entrefer sinusoïdales.- Circuit magnétique est non saturé et parfaitement feuilleté (au statorcomme au rotor).

- Pertes ferromagnétiques négligeables.- L’influence de l’échauffement sur les caractéristiques n’est pas prise encompte.

- La répartition de l’induction le long de l’entrefer est sinusoïdale. [21]

III.3.2 Modèle de moteur asynchrone triphasée :

Le moteur asynchrone représenté par la figureIII.1 se compose [22] :- D’un circuit statoriques fixe comportant trois phases identiques décaléesentre elles de 120.

- D’un circuit rotorique mobile comportant trois phases identiques en courtcircuits décalées entre elles de 120

Figure III.1 – Représentation du moteur asynchrone dans l’espace électrique.

III.3. Modélisation de moteur asynchrone : 36

III.3.2-a Équations électriques :

A partir du schéma électrique du moteur asynchrone de la figureIII.1,nouspouvons déduire les équations suivantes [20] [23] :

- Pour le stator :

Vr =

VsaVsbVsc

=

Rs 0 0

0 Rs 0

0 0 Rs

IsaIsbIsc

+d

dt

ϕsaϕsbϕsc

(III.2)

- Pour le rotor :

Vr =

VraVrbVrc

=

Rr 0 0

0 Rr 0

0 0 Rr

IraIrbIrc

+d

dt

ϕraϕrbϕrc

(III.3)

Avec :- [Vs]abc : Tensions instantanées des phases a, b etcstatoriques.- [Vr]abc : Tensions instantanées des phasesa, bet crotoriques.- [Is]abc : Courants instantanées des phases a, b et c statoriques.- [Ir]abc : Courants instantanées des phases a, b etc rotoriques.- [φs]abc : Flux totaux à travers les phases a,b etc statoriques.- [φr]abc : Flux totaux à travers les phases a,bet crotoriques.

RsEt Rr : Respectivement les résistances totales d’une phase statorique etd’une phase rotorique.

Vs = [ VaVbVc ]T (III.4)

Is = [ IaIbIc ]T (III.5)

ϕs = [ ϕaϕbϕc ]T (III.6)

Vs = [ VaVbVc ]T (III.7)

Vr = [ VaVbVc ]T (III.8)

Ir = [ IaIbIc ]T (III.9)

ϕr = [ ϕaϕbϕc ]T (III.10)

III.3.2-b Équations magnétique :

Les relations entre le flux et les courants s’écrivent comme suit [21] :

III.3. Modélisation de moteur asynchrone : 37

- Pour le stator :ϕsa = lsIsa +msIsb +msIsc +m cos(θ)Ira +m cos(θ +

2π

3)Irb +m cos(θ − 2π

3)Irc

ϕsb = msIsa + lsIsb +msIsc +m cos(θ − 2π

3)Ira +m cos(θ)Irb +m cos(θ +

2π

3)Irc

ϕsc = msIsa +msIsb + lsIsc +m cos(θ +2π

3)Ira +m cos(θ − 2π

3)Irb +m cos(θ)Irc

(III.11)- Pour le rotor :

ϕra = lrIra +mrIrb +mrIrc +m cos(θ)Isa +m cos(θ − 2π

3)Isb +m cos(θ +

2π

3)Isc

ϕrb = mrIra + lrIrb +mrIrc +m cos(θ +2π

3)Isa +m cos(θ)Isb +m cos(θ − 2π

3)Isc

ϕrc = mrIra +mrIrb + lrIrc +m cos(θ − 2π

3)Isa +m cos(θ +

2π

3)Isb +m cos(θ)Isc

(III.12)Sous forme matricielle on a :

[ϕs]abc = [Ls][Is]abc + [Msr][Ir]abc (III.13)

[ϕr]abc = [Lr][Ir]abc + [Mrs][Is]abc (III.14)

Avec :- La matrice des inductances statoriques Ls :

Ls =

ls ms ms

ms ls ms

ms ms ls

(III.15)

La matrice des inductances rotoriques [Lr]

Lr =

lr mr mr

mr lr mr

mr mr lr

(III.16)

La matrice des inductances mutuelles (stator-rotor) [Mrs]et[Msr] la matrice desinductances mutuelles (rotor-stator).

[Msr] = [Mrs]T = msr

cos(θ) cos(θ − 2π3 ) cos(θ + 2π

3 )

cos(θ − 2π3 ) cos(θ + 2π

3 ) cos(θ)

cos(θ + 2π3 ) cos(θ) cos(θ − 2π

3 )

(III.17)

L’angleθ désigne l’angle électrique entre une phase du rotor et la phasecorrespondante du stator.

III.3.2-c Équations mécanique :

L’équation mécanique est donnée par [20] [21] :

Cem − Cr = JdΩ

dt+ fΩ (III.18)

Avec :pΩ = p

dθ

dt= ·ω (III.19)

III.3. Modélisation de moteur asynchrone : 38

Ou :J : Inertie totale des parties mobiles.Ω : vitesse mécanique de rotation du rotor.Cem : Couple électromagnétique de la machine.Cr : Couple de charge.f : Coefficient de frottement.p : Nombre de paires de pôles de la machine.ω : Vitesse électrique du rotor par rapport au stator.

III.3.3 Transformation de Park :

La transformation de Park est une transformation du repère triphaséfixe(abc)au un repère biphasé (dq). Cette transformation permet de réduire lacomplexité du système [24] [25]. La transformation de Park est obtenue àpartir d’une matrice unique (3 ∗ 3) donnée par :

[P ] = K0

cos(θ) cos(θ − 2π3 ) cos(θ + 2π

3 )

− sin(θ) − sin(θ − 2π3 ) − sin(θ + 2π

3 )

K1 K1 K1

(III.20)

Pour la la transformation avec conservation de l’amplitude : K0 est un

constante qui peut prendre la valeur2

3et K1 est un constante qui peut prendre

la valeur1

2La transformation de park devient :

[P ] =2

3

cos(θ) cos(θ − 2π

3 ) cos(θ + 2π3 )

− sin(θ) − sin(θ − 2π3 ) − sin(θ + 2π

3 )1

2

1

2

1

2

(III.21)

La matrice inverse [P ]−1est donnée par :

[P ]−1 =2

3

1

K0

cos(θ) − sin(θ)

1

2K1

cos(θ − 2π3 ) − sin(θ − 2π

3 )1

2K1

cos(θ + 2π3 ) − sin(θ + 2π

3 )1

2K1

(III.22)

Le passage du système triphasé au système diphasé est définit par le systèmed’équations suivantes : Xd

Xq

Xo

= [P ]

Xa

Xb

Xc

(III.23)

Xa

Xb

Xc

= [P ]−1

Xd

Xq

Xo

(III.24)

Avec :

III.3. Modélisation de moteur asynchrone : 39

X : Grandeur statorique ou rotorique (représente le vecteur de tension,courant ou flux).

Xo : La composante homopolaire choisie nulle pour un système équilibré.

III.3.4 La transformation de CLARCK :

La transformation de CLARCK est obtenue pour :θ = 0 =⇒

[T ] =2

3

1

√3

2

√3

2

0 12 −1

21

2

1

2

1

2

=1

3

1√

3√

3

0 1 −1

1 1 1

(III.25)

[T ]−1 =

1 0 1√3

212 1

√3

2 −1

21

(III.26)

P0 = RT

T = P0(θ = 0)

III.3.5 Modèle de PARK de la machine asynchrone :

L’application de la transformation de PARK au système d’équationIII.2 donne [21] [23][26] :

[P ]−1

VsdVsqVso

= Rs[P ]−1

IsdIsqIso

+d

dt

[P ]−1

φsdφsqφso

(III.27)

En multipliant les deux membres de l’équation par [P ] et après développement onobtient : Vsd

VsqVso

= Rs

IsdIsqIso

+d

dt

[P ]−1

φsdφsqφso

+ ωa

0 −1 0

1 0 0

0 0 0

φsd

φqφso

(III.28)

Pour le rotor, on effectue les mêmes opérations que pour le stator et après développementon aura l’équation suivante :

VrdVrqVro

= Rr

IrdIrqIro

+d

dt

[P ]−1

φrdφrqφro

+(ωa−ω)

0 −1 0

1 0 0

0 0 0

φrdφrqφro

(III.29)

Puisque le neutre n’est pas relié, la composante homopolaire est nulle, d’où les équationssuivantes :

- Pour les tensions :[VsdVsq

]=

[Rs 0

0 Rs

][IsdIsq

]+d

dt

[φsdφsq

]+

[0 −ωsωs 0

][φsdφsq

](III.30)

III.3. Modélisation de moteur asynchrone : 40

[VrdVrq

]=

[Rr 0

0 Rr

][IrdIrq

]+d

dt

[φrdφrq

]+

[0 −(ωs − ω)

(ωs − ω) 0

][φrdφrq

](III.31)

- Pour les flux :[φsdφsq

]=

[Ls 0

0 Ls

][IsdIsq

]+

[M 0

0 M

][IrdIrq

](III.32)

[φrdφrq

]=

[Lr 0

0 Lr

][IrdIrq

]+

[M 0

0 M

][IsdIsq

](III.33)

Avec :Ls = ls −ms : Inductance cyclique propre statorique.Lr = lr −mr : Inductance cyclique propre rotorique.

M =3

2.msr : Inductance mutuelle cyclique entre stator et rotor.

Le développement des équations matricielles donne le système suivant :- Les tensions :

Vsd = RsIsd +dφsddt− ωsφsq

Vsq = RsIsq +dφsqdt

+ ωsφsd

0 = RrIrd +dφrddt− (ωs − ω)φrq

0 = RrIrq +dφrqdt

+ (ωs − ω)φrd

(III.34)

Le rotor du moteur asynchrone à rotor bobiné étant fermé sur lui-même (court-circuité),on prend Vrd et Vrq égales à zéro.

- Les flux : φsd = LsIsd +MIrdφsq = LsIsq +MIrqφrd = LrIrd +MIsdφrq = LrIrq +MIsq

(III.35)

Le modèle biphasé de moteur asynchrone dans le repère (d.q) est donné par la figureIII.2.

III.3. Modélisation de moteur asynchrone : 41

Figure III.2 – Modèle généralisé biphasé de la MAS dans le repère (d.q)

III.3.6 Expression du couple électromagnétique :

- Les équations de la puissance [25] :La puissance instantanée fournie aux enroulements statoriques et rotoriques s’écrit :

Pe = [Vs]T [Is] + [Vr]

T [Ir] (III.36)

En appliquant la transformation de Park, elle s’exprime en fonction des grandeursd’axes(dq) :

Pe =(Vsd Vsq

)[ IsdIsq

]+(Vsd Vsq

)[ IsdIsq

]=

[Isd

dφsddt

+ Isqdφsqdt

]+

[Ird

dφrddt

+ Irqdφrqdt

]+[(φsdIsq − φsqIsd)]ωs + [(φrqIrd − φrdIrq)ωr] +

[Rs(I

2sd + I2

sq) +Rr(I2rd + I2

rq)](III.37)

- Le premier crochet représente l’énergie magnétique emmagasinée dans le fer.- Le deuxième crochet représente la puissance électromécaniquePemde lamachine

- Le troisième crochet représente les pertes joules

Ce =3

2P (φsdIsq − φsqIsd) (III.38)

III.4. Représentation d’état du modèle de la machine : 42

III.3.7 Choix du référentiel :

La position du système d’axes (d.q) peut être fixée suivant les objectifs de l’application[21] [22] [26] :

- Référentiel immobile par rapport au stator (Référentiel lié au stator)(ωs = 0) : étude des grandeurs statoriques (système d’axes (αβ)).

- Référentiel immobile par rapport au rotor (Référentiel lié au rotor)(ωs=ω) : étude des grandeurs rotoriques (système d’axes (x, y)).

- Référentiel lié au champs tournant (ωs − ω = ωr)étude de la commande(système d’axes d,q) ωs :Pulsation de synchronisme

III.4 Représentation d’état du modèle de la machine :

La représentation d’état de moteur asynchrone dépend du repère choisi et du choix desvariables d’état pour les équations électriques. Nous écrivons les équations dans le repère(d, q) car c’est la solution la plus générale et la plus complexe. Le choix des variablesd’état dépend des objectifs soit pour la commande soit pour l’observation

III.4.1 Modèle de la machine asynchrone alimentée en tension repère(d,q) :

Le modèle de la machine asynchrone mise sous forme d’équation d’états de la forme [21][22] [26] :

[X] = [A][X] + [B][U ] (III.39)

Avec :- [A] : Matrice d’évolution.- [B] : Matrice de commande.- [U ] = [VsdVsq]

T : vecteur de commande.En choisissant les variables d’état Isdq φrdq on obtient le vecteur [X] :

[X] = [IsdIsqφrdφrq]T (III.40)

: Vecteur d’état.Aprés les calculs on obtient :

dIsddt

=1

σLsVds − γIsd + ωsIqs +

α

τrφrd + αωφrq (III.41)

dIsqdt

=1

σLsVsq − ωsIsd − γIsq − αωφrd +

α

τrφrq (III.42)

dϕrddt

=M

τrIsd −

1

τrφrd + ωrφrq (III.43)

dϕrqdt

=M

τrIsq − ωrφrd −

1

τrφrq (III.44)

dω

dt=P

JCe −

f

Jω − P

JCr (III.45)

III.4. Représentation d’état du modèle de la machine : 43

Donc on peut déterminer les matrices[A], [B]et[U] :

[A]

=

−γ ωs

ατr

ωα

−ωs −γ −ωα ατr

Mτr

0 − 1τr

ωr0 M

τr−ωr − 1

τr

;[B]

=

1σLs

0

0 1σLs

0 0

0 0

;[U]

=

[VsdVsq

]

[X]

=

IsdIsqϕrdϕrq

Avec : τr = LrRr

;σ = 1− M2

LsLr;α = M

σLsLr; γ = Rs

σLs+ RrM2

σLsL2r

III.4.2 Modèle de la machine asynchrone alimentée en tension repère(α, β) :

À partir de l’utilisation de la transformation de clarck, les équations électriques demoteur asynchrone sont réécrites comme suit [21] [23] [26] :• Les équations électriques :

Vsα = RsIsα + dϕsαdt

Vsβ = RsIsβ +dϕsβdt

Vrα = 0 = RrIrα + dϕrαdt + ωϕrβ

Vrβ = 0 = RrIrβ +dϕrβdt − ωϕrα

(III.47)

• Les équations magnétiques : ϕsα = LsIsα +MIrαϕsβ = LsIsβ +MIrβϕrα = LrIrα +MIsαϕrβ = LrIrβ +MIsβ

(III.48)

En suivant les mêmes démarches prises dans le référentiel précèdent afin d’écrire lesystème d’équations sous la forme :

dIsαdt

=1

σLsVαs − γIsα + ωsIβs +

α

τrφrd + αωφrβ (III.49)

dIsβdt

=1

σLsVsβ − ωsIsα − γIsβ − αωφrα +

α

τrφrβ (III.50)

dϕrαdt

=M

τrIsα −

1

τrφrα + ωrφrβ (III.51)

dϕrβdt

=M

τrIsβ − ωrφrα −

1

τrφrβ (III.52)

dω

dt=P

JCe −

f

Jω − P

JCr (III.53)

Donc on peut déterminer les matrices[A], [B]et[U] :

[A]

=

−γ 0 α

τrωα

0 −γ −ωα ατr

Mτr

0 − 1τr

ωr0 M

τr−ωr − 1

τr

;[B]

=

1σLs

0

0 1σLs

0 0

0 0

;[U]

=

[VsdVsq

] [X]

=

IsdIsqϕrdϕrq

Avec :

τr=LrRr

;σ = 1− M2

LsLr; α = M

σLsLr;γ = Rs

σLs+ RrM2

σLsL2r

III.5. Simulation de moteur asynchrone : 44

III.5 Simulation de moteur asynchrone :

III.5.1 Résultat de simulation de la machine Asynchrone à vide :

Les figures III.3 III.4 III.5 III.6 illustre le schéma bloc de la machine asynchrone liée aurepère (dq) basé sur le modèle mathématique d’écrit par les expressions III.41,III.42.III.43, III.44 ,III.45.

Figure III.3 – Résultats des courants de démarrage à vide du moteur asynchrone

III.5. Simulation de moteur asynchrone : 45

Figure III.4 – Résultats des flux de démarrage à vide du moteur asynchrone

Figure III.5 – Résultats de couple electromagnétique et le couple résistant de démarrageà vide du moteur asynchrone

III.5. Simulation de moteur asynchrone : 46

Figure III.6 – Résultats de vitesse de démarrage à vide du moteur asynchrone

III.5.2 Résultats de la simulation du processus de démarrage à vide dumoteur asynchrone en charge :

III.5. Simulation de moteur asynchrone : 47

Figure III.7 – Résultats des courants de démarrage à vide du moteur asynchrone en charge(Cr = 10N.m à t = 0.5sec)

Figure III.8 – Résultats des flux de démarrage à vide du moteur asynchrone en charge(Cr = 10N.m à t = 0.5sec)

III.5. Simulation de moteur asynchrone : 48

Figure III.9 – Résultats de couple electromagnétique et le couple résistant de démarrage àvide du moteur asynchrone suivi de l’application d’une charge (Cr = 10N.m à t = 0.5sec)

Figure III.10 – Résultats de vitesse de démarrage à vide du moteur asynchrone suivi del’application d’une charge (Cr = 10N.m à t = 0.5sec)

III.5.3 Interprétation des courbes :

Les courbes des figures III.3,III.4,III.5,III.6 représentent les résultats de simulation pourun démarrage à vide (Cr = 0), l’analyse de ces courbes permet de déterminer le temps

III.6. POMPE PHOTOVOLTAIQUE : 49

d’établissement (0.22sec) de toutes les grandeurs. La vitesse en régime permanant sestabilise à (157rad/sec) puisque le moteur possède deux paires de pôles. Au démarrage àvide, le couple est fortement oscillatoire. Ceci explique le bruit engendré par la partiemécanique et après la disparition du régime transitoire, il tend vers zéro. On introduit uncouple de charge Cr = 10Nm à t = 0.5sec, les résultats de la simulation sont représentéspar la figure III.7,III.8,III.9,III.10 : Le courant statorique de la phase (a) répondparfaitement au changement de la consigne du couple du 0 à 15N.m à l’instant 0.5ms. Avide Isa = 4A, à charge Isa = 8A). Après l’application de la charge à l’instant t = 0.5ms,la vitesse du moteur diminue, c’est le principe du moteur asynchrone quand il fonctionneen boucle ouverte à cause du glissement.

III.6 POMPE PHOTOVOLTAIQUE :

Une pompe est une machine pour convertir la puissance d’entrée mécanique en puissanceliquide de rendement. Elle est couplée directement au moteur et elle est caractérisée parun couple, vitesse, débit. Une bonne adaptation entre la pompe et le moteur mène à debons résultats. On appelle pompe tout appareil qui aspire un fluide d’une région à bassepression pour le refouler vers une région à plus grande pression. Ainsi, d’après cettedéfinition on peut dire que le rôle de la pompe consiste à augmenter la pression du fluide.L’augmentation de la pression du liquide véhiculé par la pompe a eu lieu suite à latransformation de l’énergie mécanique fournie par un moteur entraînant cette pompe enune augmentation de l’énergie hydraulique qui est acquise par le liquide entre l’entrée etla sortie de la pompe.Le volume de l’eau pompée dépend de cinq facteurs essentiels :

— Le niveau de rayonnement qui est une mesure de l’énergie disponible dusoleil.

— Le générateur photovoltaïque.— L’efficacité de conversion de la rangée photovoltaïque.— La température ambiante.

Une pompe photovoltaïque se présente fondamentalement de deux façons selon qu’elleFonctionne avec ou sans batterie. Alors que cette première utilise une batterie pourstocker L’électricité produite par les modules, la pompe sans batterie, plus communémentappelée pompeaufildusoleil, utilise un réservoir pour stocker l’eau jusqu’aumoment de son Utilisation.

III.6.1 Différentes types des pompes :

Les pompes à eau sont habituellement classées selon leur principe de fonctionnement, soitde type volumétrique ou centrifuge. A part ces deux classifications on distingue égalementdeux autres types de pompes en fonction de l’emplacement physique de la pompe parrapport à l’eau pompée : la pompe à aspiration et la pompe à refoulement. La hauteurd’aspiration de n’importe quelle pompe est limitée à une valeur théorique de 9, 8 mètres(pression atmosphérique en mètres d’eau) et dans la pratique à 6 ou 7 mètres. [27] [29].

III.6. POMPE PHOTOVOLTAIQUE : 50

III.6.1-a La pompe volumétrique :

La pompe volumétrique transmet l’énergie cinétique du moteur en mouvement deva-et-vient permettant au fluide de vaincre la gravité par variations successives d’unvolume raccordé alternativement à l’orifice d’aspiration et à l’orifice de refoulement. Ledébit d’eau d’une pompe volumétrique est proportionnel à la vitesse du moteur. Mais soncouple varie essentiellement en fonction de la hauteur manométrique totale (HMT) et estpratiquement constant en fonction de la vitesse de rotation du moteur. Le couple dedémarrage est donc pratiquement indépendant du débit et sera proportionnel à la HMT.La puissance consommée sera proportionnelle à la vitesse. C’est pourquoi ces pompessont habituellement utilisées pour les puits et les forages à grandes profondeurs et à petitsdébits d’eau. On les utilise parfois comme pompes de surface lorsque le couple est lent etirrégulier et que le débit demandé est faible, par exemple pour les pompes à main et lespompes éoliennes.

III.6.1-b La pompe centrifuge :

La pompe centrifuge est conçue pour une hauteur manométrique totale (HMT)relativement fixe. Le débit de cette pompe varie en proportion de la vitesse de rotationdu moteur. Son couple augmente très rapidement en fonction de cette vitesse et lahauteur de refoulement est fonction du carré de la vitesse du moteur. La vitesse derotation du moteur devra donc être très rapide pour assurer un bon débit. La puissanceconsommée, proportionnelle à Q. HMT, variera donc dans le rapport du cube de lavitesse. On utilisera habituellement les pompes centrifuges pour les gros débits et lesprofondeurs moyennes ou faibles (10 à 100 mètres),[27] [29].

III.6.2 Constitution d’une pompe centrifuge :

Les pompes se composent de deux éléments essentiels : • Une roue qui impose au liquideun mouvement de rotation. Celle-ci est montée sur un arbre porté par des paliers etentraîné par un moteur. • Un corps de pompe qui dirige l’écoulement vers la roue et l’enéloigne à nouveau sous plus haute pression. Le corps de pompe comprend une tubulured’aspiration et une tubulure de refoulement, supporte les paliers et l’ensemble durotor.[30] [31].

III.6.3 Fonctionnement d’une pompe centrifuge :

La théorie des fonctionnement des pompes centrifuges montre qu’entre l’entré et la sortiede la roue, l’énergie mécanique totale de la veine fluide est augmenté, cette augmentationprovient d’une part d’un accroissement de l’énergie de pression et aussi d’unaccroissement de l’énergie cinétique, cette dernière est transformée en énergie de pressionpar ralentissement progressif qui est obtenue dans une pièce placés à l’intérieur de la roueappelles limaçon, celle-ci se termine par un cône divergent .

III.7. MODELISATION DE LA POMPE CENTRIFUGE : 51

Figure III.11 – Constitution d’une pompe centrifuge

III.7 MODELISATION DE LA POMPE CENTRIFUGE :

Le fonctionnement d’une pompe centrifuge met en jeu 3 paramètres, la hauteur, le débitet la vitesse ayant pour équation [28] :

f(H,Q, ω) = 0 (III.55)

Pour résoudre ce système d’équation, on considère l’un des 3 paramètres constant, engénérale c’est la vitesse qui est constante La hauteur totale du pompage est la somme dela hauteur statique et la hauteur dynamique.

H = HS +Hd (III.56)

H : Hauteur totale du pompage. HS : Hauteur statique qui est la distance entre leniveaux statique de l’eau dans le puit jusqu’au le point le plus élevées auquel on doitpomper l’eau. Hd : est la somme des pertes linéaires et singuliers, ces pertes sont :

III.8. La caractéristique Q(H) de la pompe : 52

III.7.1 Pertes de charges linéaires :

Se sont des pertes d’eau dans la tuyauterie est donnée par la formule suivante [32] :

∆H1 = λL

D

v2

2 · g(III.57)

λ : Coefficient de pertes de charges linéaires.D :Diamètre de la tuyauterie (m).L : Longueur de la tuyauterie (m).g : Accélération de la pesanteur (m/s2).v : Vitesse moyenne du fluide (m/s) qui est donnée par :

v =4 ·QπD2

(III.58)

Q : débit(m3/s).

∆H1 = λL

D(

8 ·Q2

π2D4g) (III.59)

On remarque que les pertes de charges linéaires sont proportionnelles à la longueur decanalisation, ces pertes diminuent quand on augmente le diamètre de la canalisation.

III.7.2 Pertes de charges singulières (locale) :

Sont dues essentiellement aux divers changements de section est donnée par l’expressionsuivante : [31]

∆H2 = ε8(Q2)

(π2)(D4)G(III.60)

ε : Coefficient de pertes de charges locales La hauteur dynamique est la somme des deuxpertes

Hd = ∆H1 +∆H2 (III.61)

Hd =

(λL

D+ ε

)(8(Q2)

(π2)(D4)G

)= Kfr ∗ (Q2) (III.62)

- Kfr : Constante de la canalisation.La hauteur totale de pompage est :

H = HS +Kfr ∗ (Q2) (III.63)

III.8 La caractéristique Q(H) de la pompe :

La relation liant la hauteur d’eau H avec le débit de la pompe Q est donnée par le modèlede PELEIDER− PETERMANN

H = a0 ∗ ω2 − a1 ∗ ω ∗Q− a2 ∗ (Q2) (III.64)

Avec : a0 ; a1 ; a2 sont des constantes de la pompe donnée par le constructeur.

III.8. La caractéristique Q(H) de la pompe : 53

Figure III.12 – Courbe H(Q) de la pompe centrifuge et la caractéristique de canalisation

La courbe H(Q) est donnée par la figure suivante : Le point de fonctionnement estl’intersection de ces deux caractéristiques. Alors pour une vitesse donnée, il y a seulementun point de fonctionnement qui dépend fortement des caractéristiques de tuyauteried’une pompe indiquée. Par conséquent une bonne conception et une tuyauterie de bonchoix donnent de bons résultats dans le système de pompage.

III.8.1 La caractéristique couple vitesse C(ω) de la pompe :

La pompe centrifuge est caractérisée principalement par un couple résistant qui est de laforme suivante :

CR = KP ∗ ω2 (III.65)

Avec :KP =

Pmω3

(III.66)

III.8.2 Calcul de puissance :

Une pompe est une machine qui fournit de l’énergie à un fluide en vue de sondéplacement d’un point à un autre. L’expression générale de la puissance hydraulique estdonnée comme suit :

PH = ρgQH(ω) (III.67)

L’autre expression a considéré est celle de la puissance absorbée par une pompe, c’est àdire la puissance nécessaire pour son entraînement mécanique, qui est exprimé par larelation suivante :

Pm =9.81 ∗ ρQH

Γp(ω) (III.68)

III.8. La caractéristique Q(H) de la pompe : 54

OùηP : Le rendement de la pompe.Pm : Puissance mécanique du moteur.ρ : La masse volumique de l’eau (1000 Kg au m3).

III.8.3 Calcul du rendement :

- Pour les groupes électropompes( pompe et moteur), les fabricants donnentgénéralement la courbe du rendement globale.

ηmp =PHPa

(III.69)

III.8.4 association de systéme de pompage :

- Pour tester le bon fonctionnement de l’ensemble des éléments du systèmeon a utilisé l’environnement Simulink , le schéma bloc est représenté commesuit :

Figure III.13 – la simulation complé de pompage photovoltaique au fil soleil

Les résultats de simulation du système de pompage solaire :- Nous représentons les évolutions en fonction du temps de la tension etcourant débité par le GPV , le signal de commande du MPPT, de la vitessede rotation, des couples électromagnétique et résistant, du débit d’eau, de lahauteur manométrique totale, des tensions simples aux bornes du moteur .

III.8. La caractéristique Q(H) de la pompe : 55

Figure III.14 – Hauteur manométrique HTM [m]

Figure III.15 – le couple résistant CR(N

m)

III.8. La caractéristique Q(H) de la pompe : 56

Figure III.16 – débit d’eau Q(L

S)

Figure III.17 – le couple électromagnétique Cem(N

m)

Figure III.18 – la vitesse ω(rad

s)

III.9. Dimensionnement de la pompe photovoltaïque : 57

III.9 Dimensionnement de la pompe photovoltaïque :

pour le besoin en eau potable d’un village isolé ,un château d’eau de capacité de 200 m3 ,et irrigation par un débit nominal Qn = 35m3/h et une hauteur manométrique totaleHMT = 15m

Ces calculs permettent de dimensionner le champ photovoltaïque et le nombre depanneaux envisageables à cette application.

III.9.1 Puissance hydraulique :

Ph = ρ · g ·HMT.Q = 1000× 9.81× 15× 35

3600' 1430W (III.70)

III.9.2 Puissance mécanique :

La pompe centrifuge avec un rendement de 55%

Pmec =Ph

ηpompe=

1430

0.55' 2501W (III.71)

III.9.3 Puissance électrique :

Le rendement des moteurs à courant alternatifs est au voisinage de 85%

Pelc =Pmecηmoteur

=2501

0.85' 3060W (III.72)

III.9.4 Puissance électrique demandée :

Pdelivree =Pelc

ηonduleur=

3060

0.95' 3221W (III.73)

la durée de pompage :

Tpompage =V

Qn=

200

35= 6heures (III.74)

Ec = Pdelivree × Tpompage = 3221× 6 = 19326Wh/j (III.75)

III.9.5 La puissance du générateur photovoltaïque

Les pertes de puissance attribuables à la température et à la poussière sont éstimées aucinquième de la puissance délivrée par l’ensemble des modules.

Pg =Ec/Tpompage

(1−ΣPertes)=

Pdelivre(1−ΣPertes)

=3221

(1− 0.2)' 4026W (III.76)

III.9.6 Nombre de panneaux :

ayant une puissance nominale normalisée de 200 W

N ≥ PgPs

=4026

200' 21paneaux (III.77)

III.10. conclusion : 58

III.10 conclusion :

Dans ce chapitre, la modélisation de l’ensemble composé de : Photovoltaïque,convertisseur, moteur asynchrone et pompe centrifuge centrifuge est présenté. Lesmodèles Simulink sont construit sur la base des modèles mathématiques. Les résultats dela simulation, voir les Différentes figures illustrent la performance d’un model Simulink.La simulation a été effectuée dans l’ordre que nous déduire des idées évidentes sur lefonctionnement du générateur photovoltaïque, l’onduleur, le moteur asynchrone et lapompe. .

Chapitre IVConclusion générale

l’énergie solaire est une technologie prometteuse pour satisfaire la demandetoujours croissante en énergie.Elle est une source d’énergieabondante,renouvelable,et favorable à l’environnement.cependant,sonutilisation est faible à cause de sa nature de fluctuation, faible rendement et lecout d’investissement initial élevé. a ces défis s’ajoute le manque del’expérience de la technologie avec les sources solaire. dans beaucoup deconceptions pratiques, la puissance moyenne extraite à partir des générateursphotovoltaïques ne dépasse pas 10% de la puissance reçue sur leurs surfaces.Dans ce travail,nous avons étudier le pompage photovoltaïque composé d’ungénérateur photovoltaïque, d’un convertisseur statique a deux étage et d’unepompe entrainée par un moteur asynchrone. la modélisation et la simulationque organe qui composé en système utilisant le logiciel Matlab/Simulink, ainsidifférentes résultat sont présente l’influence d’éclairement, de température ouencore les paramètre (résistance, association). la commande des convertisseursstatiques permet la poursuite du point optimale de puissance du générateurphotovoltaïque le stockage de l’énergie électrique n’a pas été introduit sousréserve de dotée le système d’un stockage utilisant des resavoir d’eau. commeperspectivement en peut pensée à la réalisation au système puis améliorée lacommande notamment celle du moteur asynchrone afin d’augmenté sousrendement.

Bibliographie

[1] A.Hamidat, « Simulation des systèmes de pompage photovoltaïquesdestines pour l’alimentation en eau potable et pour la petite irrigation »,Thèse de doctorat, Université de Tlemcen 2004.

[2] S.Aminata, «Simulation du système hybrides Photovoltaïque » Thèse deDoctorat, canada, 1998.

[3] T. Fogelman, « Système photovoltaïque pour les pays en développement »,Manuel d’installation et d’utilisation, Agence Française pour la Maîtrise del’Energie, (AFME), 1982.

[4] www.solarelectripower.org.

[5] A.Betka, « Optimisation d’un système de pompage photovoltaïque au fil dusoleil », Thèse de Magister, Centre universitaire Biskra, 1997.

[6] Dirk.Sauer, « Electrochemical Storage for Photovoltaics », FraunhoferInstitute for Solar Energy Systems ISE, Freiburg, Germany, 2004.

[7] M.Boukli -Hacene. « conception et réalisation d’un générateurphotovoltaïque Muni d’un convertisseur MPPT pour une meilleure gestionénergétique » .mémoire de magister , université Aboubaker belkaid,Tlemcen.2011

[8] H. LEQUEU – [DIV435] – Fichier : IUT-EDP-9, 2004/2005.

[9] S. Issaadi, « Commande d’une poursuite du point de puissance maximum(MPPT) par les Réseaux de Neurones », Mémoire de magister, EcoleNationale Polytechnique, Alger, Algérie, 2006.

[10] N. Abouchabana, « Etude d’une nouvelle topologie buck-boost appliquée àun MPPT », Mémoire de Magistère, Ecole Nationale Polytechnique, Alger,Algérie, 2009.

[11] F. Chekired, « Etude et implémentation d’une commande MPPTneuro-floue sur FPGA», mémoire de magister, Ecole NationalePolytechnique, Alger, Algérie, 2008.

[12] V.Boitier , P. Maussion , C. CABAL ‘Recherche du maximum depuissance sur les générateurs photovoltaïques, université de Toulouse, revue3E.I, No54, pp 90-96, septembre 2008.

BIBLIOGRAPHIE 61

[13] R.Saleh, «Application à la machine asynchrone : commande vectoriellesans capteurs mécanique SVPWM mode glissant MRAS» Mémoire deMagister, Université Mentouri de Constantine, Algérie. 2009.

[14] B.Hosseini, «Prototypage rapide à base de FPGA d’un algorithme decontrôle avancé pour le moteur à induction», Université de Québec a troisrivières, Canada. 2010.

[15] A.Meroufel, «Contrôle de la machine asynchrone» Recueil, UniversitéDjilali Liabés Sidi Bel Abbes, Algérie 2009.

[16] A. Ahmed, « Utilisation d’observateurs à mode glissant pour le contrôledirecte de couple et le contrôle vectorielle d’une machine asynchrone àcage» Mémoire de Magister, Université de Biskra, Algérie.2011.

[17] B. Mohamed, « commande directe du couple par (DTC-SMC) d’unactionneur Asynchrone Destine par un Bras de Robot» Mémoire deMagister, Université de Batna, Algérie.2009.

[18] S.Arezki, «Contribution au contrôle directe du couple (DTC) d’unemachine asynchrone à cage alimenté par un onduleur multi niveaux»Mémoire de Magister, Université M’hammed Bougara de boumerdes,Algérie. 2009.

[19] H.Mohammed Illyés, «commande sans capteur d’un moteur synchrone àaimant permanant (MSAP) par l’utilisation de la commande directe ducouple et d’un observateur de vitesse à mode glissant» Mémoire deMagister, Université de Biskra, Algérie.2010.

[20] B.Hosseini, «Prototypage rapide à base de FPGA d’un algorithme decontrôle avancé pour le moteur à induction», Mémoire pour la maitrise engénie électrique, Université de Québec a trois rivières, Canada. 2010.

[21] S.Arezki, «Contribution au contrôle directe du couple (DTC) d’unemachine asynchrone à cage alimenté par un onduleur multi niveaux»Mémoire de Magister, Université M’hammed Bougara de Boumerdes,Algérie 2009.

[22] R.Saleh, «Application à la machine asynchrone : commande vectoriellesans capteurs mécanique SVPWM mode glissant MRAS», Mémoire deMagister , Université Mentouri de constantine, Algérie. 2009

[23] Y.Messoudi, «Synthèse des contrôleurs par Backstepping de la machineasynchrone» Mémoire de Magister, Université de Batna, Algérie.2010.

[24] B.Lotfi, «Modélisation et Commande de la machine asynchrone.» Notescours, IUFM de lorraine.UHP, France 2005.

[25] A.Meroufel, «Contrôle de la machine asynchrone» Recueil, UniversitéDjillali Liabés Sidi Bel Abbes, Algérie. 2009.

[26] C.Azeddine, «Commande Backstepping d’une machine asynchrone sanscaptures de vitesse» Mémoire de Magister, Université de Batna,Algérie.2011.

BIBLIOGRAPHIE 62

[27] - B.Equer « Le Pompage Photovoltaïque Manuel de cours », énergiesolaire photovoltaïque ellipses 1993

[28] ] K. Benlarbi « Optimisation Floue, Neuronale et Neuro-Floue d’unsystème de Pompage Photovoltaïque Entraînées par différents machinesélectriques », Thèse de Magister, Université de Batna 2003.

[29] - J. Royer, T. Djiako, E. Schiller, B. Sada Sy « Le pompagephotovoltaïque », Manuel de cours à l’intention des ingénieurs et destechniciens Bibliothèque nationale du Canada, 1998,

[30] - A. Saadi «Etude Comparative Entre Les Techniques D’optimisation DesSystèmes De Pompage Photovoltaïque », Thèse de magister, Université deBiskra 2001.

[31] - J. M. Hirtz « Les stations de Pompage D’eau », Lavoisier TEC & DOC1991

[32] - A. Betka « Optimisation d’un Système de Pompage Photovoltaïque auFil du Soleil »Thèse de Magistèr, Université de Biskra.1997

[33] Z.dekali «Commande direct du couple par Backstepping d’un moteurasynchrone alimenté par un onduleur de tension» .mémoire de master,université Aboubaker belkaid ,Tlemcen. 2015

[34] H. Mabrouk «Étude de la technique d’optimisation sur le système depompage photovoltaïque au fil de soleil».mémoire de magister,Départementd’Electrotechnique, Université de Béchar B.P. 417, 08000 Béchar, Algeria etDépartement des Sciences et Technologie, Université Ziane Achour B.P.3117, Route Moudjbara, Djelfa, Algeria 2015

Annexe A :Explication

ANNEXE A

Modèles de coordonnées soleil :

1.1 la latitude (Φ)

est l’ange formé par le plan équatorial et la direction reliant le lieuConsidère, au centre de la terre. Les latitudes de l’hémisphère Nord sontaffectées d’un singe positif et celles de l’hémisphère Sud d’un singe négatifΦ=31.63o N1.2 La longitude(λ) : représente l’angle formé par le plan méridien delieu considéré et le Plan méridien origine. Ce dernier passe par l’observatoirede Greenwich et a pour Longitude 0 o. Les longitudes situées à l’est de ceméridien sont positives et celles situées à l’Ouest négatives. [4] :λ=2.40o W.1.3 La déclinaison(ω) : set l’angle entre la direction du soleil et le planéquatorial. Elle traduit l’inclinaison du plan équatorial par rapport au planécliptique. Sa valeur varie entre -23o7 (Au solstice d’hiver) et +23o7, (ausolstice d’été) et s’annule aux équinoxes de Printemps et d’automne . Cetangle varie très peu pendant une journée, ce qui Permet d’approcher lemouvement quotidien du soleil par une rotation sur cône d’axe L’équateur,de demi angle au sommet ω= 900-ω. L’angeω sera donc fonction du jour de’année.

ω = +23.45 · sin(360

365N − 80) (1)

N : est le nombre de jours de l’année compté à partir du 1er janvier.1.4 L’angle horaire du soleil(δ) repère la position du soleil dans sarotation journalière sur le cône d’ouvertureδ. C’est l’angle entre le planméridien passant par l’observateur et le plan méridien contenant le soleil.En principe, un jour solaire (δ variant de-180o à +180o) correspond à 24h :

δ = 15(heursUTC − 12 +λ

15) (2)

La position apparent du soleil est déterminée par ses coordonnées angulairespar rapport à au plan horizontal, l’azimut et la hauteur angulaire.

Annexe A 2

1.5 L’azimut Ψ : qui est l’angle formé par projection du direction de lasoleil et la direction du Sud. Il est comté positif à l’ouest (le matin) etnégatif à l’est (le soir).Sa valeur est obtenue lorsque le soleil se couche(suivant la hauteur angulaire du solaire, et l’inclinaison du panneau).Dansnotre cas, nous écrêtonsΨlorsque sin γ passe en négatif si le panneau esthorizontal (la soleil se couche), ou lorsque Ψ > 45o dans le cas ou lepanneau est incliné à 45o (le soleil passe derrière le panneau) :

tan Ψ =sin δ

sinϕ · cos δ − cosϕ · sinω(3)

1.6 La hauteur angulaire(γ) Qui détermine la longueur de la traverséede la l’atmosphère est l’angle formé par la direction de soleil et le planhorizontal. Sa valeur sera comprise entre 0 (au lever et au coucher) etmaximum γ m au zénith (midi en temps solaire vrai). Quand le sinus estnégatif, c’est que le soleil n’est pas encore levé (la durée des journées Variedans l’année). Il fout donc écrêter cette variable

sin(γ) = sin(ϕ) sin(ω) + cos(ϕ) cos(ω) cos(δ) (4)

Figure 1 – Coordonnées angulaires de soleil

Annexe A 3

Afin d’obtenir l’angle d’incidence des rayons sur le capteur, unereprésentation schématique (figure 1)nous permet de visualiser clairementles différents angle pris en Compteur dans l’étude du rayonnement arrivantdans le plan d’un capteur. Le angle (γ, hauteur dans l’étude) et (Ψ, azimut)que nous venons de définir dans le positionnement horaire et spatial desoleil, son liés directement relative du soleil par rapport à l’emplacementgéographique du capteur

Figure 2 – Représentation de l’éclairement d’un capteur plan incliné

Annexe A 4

Les autres anges sont liée directement au positionnement du capteur, etpermettent de Corriger les pertes liées au trajet optique des rayons lors dela traversée de l’atmosphère, ils Correspondent à :- L’orientation (α) : du capteur par apport au sud, (0o au sud, 180o aunord,+90o à l’ouest et −90o à l’est. dans notre cas , cette variation est miseà zéro.- L’inclinaison (β) : du capteur par rapport au sol (0o <β <90o).Elleestnullepourcequiestduplanhorizontaldanslecalculdupremierangled′incidencepuisde45ôpourleSecond.−L′angled′incidence(θ) : des rayons solaires par rapport à la normal aucapteur. Une relation trigonométrique permet de déterminer sa valeur enfonction des autres angles :

cos(θ) = cos(γ) · sin(β · cos(Ψ− α) + sin(γ) · cos(β) (5)

simulation d’onduleur :

Figure 3 – :simulation d’onduleur

Moteur asynchrone :

Annexe A 5

Figure 4 – :simulation d’une moteur asynchrone

pompage :

Figure 5 – simulation de pompage

MPPT :

Annexe A 6

Figure 6 – simulation d’un MPPT

programme de P&O :

Figure 7 – programme de P&O

Annexe A 7

paramètre :

paramétre de PV :

Figure 8 – paramétre de PV

Annexe A 8

Figure 9 – paramétre de BOOST

Figure 10 – paramétre de MAS

Résumé

Étude d’un système de pompage photovoltae aufil de soleil

RésuméL’objectif de ce mémoire est étudié le systéme de pompage photovoltaïque.En particulier, sur les grandeurs, telles que le courant de court-circuit Isc ,la tension de circuit ouvert V oc . Selon les caractéristiques de la charge, quiest une pompe centrifuge entraee par un moteur asynchrone «moto-pompe»,et les conditions de fonctionnement (température, irradiation), nouspouvons trouver un très fort écart entre la puissance maximale potentielledu grateur et celle rlement transférée au motopompe. Afin d’extraire aqueinstant, le maximum de puissance disponible aux bornes du GPV et de latransférer au moto-pompe, on utilise deux étages d’adaptation composéd’un hacheur boost et un onduleur de tension triphasé à deux niveau. Lamodélisation, puis la simulation du système (grateur photovoltaïque,hacheur boost, de même que l’algorithme MPPT, l’onduleur, moteurasynchrone et la pompe centrifuge ) est ensuite effectuée grâce au logicielMatlab/Simulink.Mots clésEnergie solaire photovoltaïque, Panneaux solaire, , boost,mppt,onduleur,mas, Pompage.